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データ処理装置
u.D.C.る54.931.94:る81.142 る一例 製鉄工業に・おけ Data 置(1ト(4〕 装 理 処 タ デ Logger Kaname 内 Obuchi 概 梗 容 要* 淵 小 最近データ処即矧嗣ミ各仲産業のオートメーション化の一環としてクローズ7、・・-ブされている「・nl■脚′仰 においては臥よこれが製作にププを入れてきており,複雑な計算な含むものにふっては㍍「計作機かl二心とした 全トランジスタ」・しのものを,また比較的的中尤ものに対しては継電器を‡朋としたものとトランジスタを E休 としたものを製作しているLこ、本編においてほ一,二の共休例糾]心として継電器菅斗瑠としたものの桐捌-1‡ の詳細を述べ,デー㌢姓埋装mの設腔を計画する際の参考に供するものである〇 処理装置の設置を計画する際の参考に供したい。 1.緒 ⊂:コ 2.機能 各種工業プラソトのオートノーショソ化は急速に高まりつつある 機能ほ大別して,作表,監視,制御に分 現状であるが,いうまでもなくオートメーショソは機器だけの「'l動 制御のみならず,苗場分析や と 効用 できるr_- これらほ牧ノーr】 l川勺によって,作表の克,監視のみ,作表とl監視な行なうヰ)の,さ 営分析に基く群井_†方針をも織F)込ん らには作衰と監視と制御を行なうものなどい/_)いろな場合がある0 だプラント全体の[い火口動;lilj御管理にあるハ (a)PID二項動作調節計方ノ〔 ここで制御と言うのは普風上 鞘鋸 豊定植なはずれたものに対して Lかし視椰な制御故行 ォソオフ制御信一けを‖けことをさしているu (b)グラフィック/てネ′しによる中央則1管理方式 なうためには計算機を導入Lた計算制御に発服するr,策1表ほ作美 (c)データ処刑巧封甘カバ と監視を行なう場合の作 ニの発展段階を見ると, 例である。 効用としては次のようなことがあげられる。 (d)計算制御方式(4)∼(6' となるし)1耳内においてはデータ処理袈腔が実用段階にはい/)たとこ (a)プラントの醐帖な,ほとんど時間差なく行なうので,各 ろであり,計符制御ほ計画立案の段憫であるといえる、) 数伯の相関E の計画,管理に有効である。 本文ではデータ処理裳折の機能,利1-、くなどについては列挙するに (b)人間が計器上の指ホせ読みとる場合の誤差を とどめ.共休例によって内部機珊某できるたけ舘師こ述べ,データ 第1表 * 係を-・Hで知ることができる.。したがってプラント ー タ 処 日立製作所R立工場 7 刃ユ!装 置 作 製 例 432 昭和37年3月 第現巻 第2表 納 入 先 仕 様 一 覧 表 数象 点対 定足 測謝 日本合成ゴム株式会社納 中山製鋼所株式会社納 17点 45点 2-圧力,2一流鼠,6一温度 第3号 42-温度,2-チェック,1一予備 21電圧,2-電流,2一電力 トナニッタ 速 字 概 0,流 A--D変 l 再訂第 周幅 前牒増 度期器器観 印 1.2秒/点 1.2砂/点 0 10,20,30分毎 幅 器 増30分毎 数 形 【可 「a) l事】純 増 言† 致 第 1 帖 図 詳 形 (bl たがって信頼しうる数値が得られる。 第1岡(a)ブロワ用データ処理装置 (c)プラントの各測定箇所をたえず監視L続け,異常になった ときほただちに 転員に往 意 を与え,異常箇所を表示警告する。 (d) トの読み取り,報告書の作成などの多くの 仕事から解放され,小数の人員で必要最小限の義務に専念できる。 (e)デー・タは整理された形ですみやかに得られるので,プラン トの運転状況が十月で判然とし,ただちに適切な操作を行なうこ とができるt-〕ひいては収ぷ向上,原一隕位低下に役立つ。 (f)プラソ トに 計 制御を応用する基礎となる。浜 機,D-A 変換器,制御出力装備滝燻加することにより計算制御を行なうこ とができる√) 3・構成および動作の概要 データ処理装置の構成および動作は,その使用日的による相違や 各メーカー,使用者独∫1の方式による相違などがあるので,本文で 第1巨くl(b)セソジマー ル用データ処理装置 は具体例について述べることにする。 弟2表は具体的な測定対象例であF),その概観を弟1図に示す。 3・l構 げノ 定時刻ノ則定 成 令 性芸時刻測定 器 測定監視切告 本装置を構成する要素をブロック線図として示すと弟2図のよう ■■」 になる。すなわち, / + 「-】■】■ (a)検出部,(b)時計部,(c)走査部,(d)A-D 変換部・(e)異常比較部,(f)表示警報部,(g)指 令部および記憶瓢(h)印字部 より成立つ。以下順を追って アナロフ†三宅 パーβ 変・換器 検出器 細に述べる。 時亥川≡舅 設{正値 テシァル測定値 デジタルイ喜胃 動作の概要 赤字 3・2 化り 本装置の動作は大別して次の3項目となる。 (a)定期印字 可能)ごとに時刻と弟2表に 一定時間間隔(10,20,30分切 あげた各チャネルを印字する0異常チャネルは赤字で印字する。 (b)監視および異常発生,正常復帰印字 印字時刻以外でも常に各測定対象を走査測定して異常の有無を 是香イ≡買 監視する0異常発生のときまたは正常復帰のときは,その時刻と 第2図 異常チャネルを印字する。また異常が発生すればランプおよびブ データ処理表置ブロック線図 ザー警報を行なう。 (c)手動印字 スナップキーにより任意の時刻に各チャネルの測定値を印字す チャネル切書信岩 月ーβ変換 る0このときは時刻と異常チャネルを赤字で印字する。 3・3 タイムチャート 〃クけた比較 弟3図について-・チャネルあたりのタイムチャートを説明すると 〟′けた比較 次のようになる。 時計から1・2秒ごとにチャネル切替信月を走査器へ送って /♂♂けた比叡 査器 リボン切酋 を切り替えるロ同時に上下限設定値も切り替えられる。次にチャネ /♂2けち印字 ル切替信号から100ms遅れてA-D変換が行なわれ,10ms以内 /♂/けケ印字 でA¶D変換が終了する。A-D変換が終るとただちに102けたの 甘号け印字 デジタル信号が比較器に送られ102けたの比較が行なわれる。102 第3圃 8 タ イ ム チ ャ ート 433 第3衷 出 検 検 変 器 換 換 変 一日 流派 坑度匠涜力 圧涜温電混成 7さルドン管+平衡計器+発信スライド すリブイス+差圧発信器+平衡計器+発信スライド 体 測 温 抗 択 タ ソ 第4表 第4図 リ レ ー 郡 キ ー ユ ピク ル 抗 抵 測 温 体 特 性 *RoはOqCにおける御荘体抵抗値 RもはtOCにおける測温体抵抗値 平㌧衡言十器 (e)操作用スナップキー(起動,停止,手動印字) (f)時刻調節用ロータリスイッチ (g)異常設定用スイッチボード(またはピソボード) (h)電源関係 木装繹の操作は次のようにして行なう。 (a)異常警報値をスイッチボードにより設定する。 (b) (c)定期印字間隔をロータリスイッチにより,10,20,30分い ずれかに設定する。 圧力・流量検出 第5図 回路 時刻調整用ロータリスイッチにより時計を合わす。 時刻調整終了のスナップキーを入れる。 起動用スナップキーを入れる。 けたの比較が終ると比較器は102けた受取信号をA-D変換器に送 以上により運転状態にはいる。 り,つぎに101けたの信号が読出されて比較器に送られ,比較され (g)任意時刻に手動印字させたいときは,手動印字キーを操作 る。同様にして100けたも比較されて托常か異常かを判定する0 比 する。 はチャネルの始めから400ms以内で行なわれ,400msたつと プリンタのリボンせ黒または赤に切り替える。つぎに200msごと 5.検 に102けた,101けた,100けたをA-D変換器から読Hして印字 出 部 測定しようとする⊥業_範をデータ処理装置の入力とするには,そ L,一チャネルの動作はノ●n′する、-ノここで牲常よ憶以外の回路ほす の工業量を再流電肝に変換してやる必要がある〔)その理由は後述の べてリセットされてつぎのナー1′ネ′Lの勅〔号こ移る.. ように,データ処理装置の主要部分を占めているA-D変換器が入 4.構造および操作 力として商流電化な必要とするためである。本装置で使用した検出 変換器は舞3表に示すとおりである。これらの検出変換器の詳細に 本装置ほ策1図に示したように,キユーピクル3面とデスクより っいては専門書(3)に譲るが,第3表に示したそれぞれの工業量を甫 成っている。それぞれはF記部分を収納している。 流電圧に変換するに ん1検出器キューピクル る。 検出部(舞1図(b)のように特別にキユーピクルを設ける必要の 5.1圧力および流量検出 ない場合もある。) 4.2 して,本装置で採用した方法を以「 Fに述べ 弟3表に示したように,圧力および流量を平衡計器で指示記録す A-D変換器キューピクル (a)時計部,(b)A-D変換部 るのは通例の測定方法と変りない。平衡計器はサーボモータにより 4.3リレー・キューピクル(弟4図) 指示を行なうのでトルクが大きく,指針軸と直結したスライド発信 (a)走査乱(b)記憶部,(c)興常比較弧(d)印イ中l路部 器を取付けることができる。この発信スライドに再流電圧を加え, 4.4 しゆう動端子から電圧を取り出せば,その電匠は指示目盛に比例し 操作デスク (a) プリンタ (b) 運転表示ランプ (c) チェック用スナップキー (d) 時刻表示管 た値となる(第5図)。 5.2 温 度 検 出 温度の検出方法は,測温抵抗体,熱電対,幅射温度計による方法 などがあるが,今回のように沢J定範閃が0∼100つCの場合は測温抵抗 9 434 昭和37年3月 第44巻 βl,斤2,ガ3: 同定抵抗 点g`:JOCにおける脚温体抵抗 El: 竃源絹≠ 且0`:ょじCにおける柑力電肛 第6図 温 度 検 出 回 第3号 路 体によるのが最も一般的である。測温抵抗体についてはJIS-C1604 第7図 温 度 検 出 特 で詳しく仕様について規定されており,実際に使用したのは00Cに 性 おいて25nの白金および銅の測温体である。測定回路ほ舞d図に 示すように,測温抵抗体を一辺とするブリッジ回路である。この回 路は厳密には測温択抗体の抵抗変化に対して直線的な出力電圧を得 ることはできず,双曲線となるので,測温抵抗体に定電流を流して その電圧降下を測定すればよいのであるが,以下述べる理由により 非直線性は無視してもさしつかえない。 弟る図において≠OCの出力電圧E。上は 属2 E∫ 虎1+点2 となる。ここで ガぶの 忍2 点3+忍ぶ。 皮1+月2 ガぶ′=斤g√′+れ∴……………………………………..‖.…(3) とおいて(1)∼(3)式を整理すると E′ 点3 /l●・/l●.. 苑+忍ぶ。+γ` E。′= E/ ′/ ただし /l● れ=ム・れ...‥ 第8図 月3 /、●‥ ガ3十月ざ√,+γ` 熱線と減算的に作用する熱線との温度差を熱電対により測定するも となる‥これは策7図のように双曲線となる。またE。`がれに対し て直線的/こ変化するためには前述のように定 のであるrl よいこと がわかる。 E′ ム=′7▼= サーマルコンバータ原理図 忍3 /、-∴ 八一ト /、一 /、一‥ Tl:高温熱線温度 ヒータ抵抗 r2:低混熱線都塵 川力電圧 とすれば COnSt. ..(6) ′・′ で直線近似すると,近似出力(仇′)ほ次のようになる(_、 二 八 片 ト -●l rl - 〃 - 〃 、 -、 E㌧′・=Jrγ′………………………………………………(7) 、 I (4),(7.)ぺから井直線洪差を三として最大桁を求めれば /∴・/∴・ /・r J∴′・ Ⅴ=穐(rl一丁2) /JJ・ (9)∼(11)式を整理すれば次のようになる。 JィJ・ (1一号)γ亡/(1一言)γ`/1 (8) J●・ tく 馬+点紬+れ、亀十月ぶ。」4 </___土_. 月3十凡和… Ⅴ=4∬1〟2端居Jcoo〝=∬P ことができる。 5・3 g,fはそれぞれ電圧電流の瞬時伯であるからさらに整理すれば (12)式のとおりⅤは電力Pに比例することがわかる。 月3を適当に選べば非両線誤差を所定の範囲に収める となるから, Ⅴ=互1穐×4βf 〟1,∬2,垢,∬はそれぞれ構造その他できまる定数であり,〝は 交流電圧および電流測定 電圧と電流の位相角である。 この場合はPTおよびCTのLLi力を潜流してからフィルタを通し d・時 て純南流電圧に変換している。 5・4 電 力 検 出 計 部 1分間に1阿開閉する時間接点こより,リレー,カウンタ(7)を動 交流電力に比例したDC電圧を得るために,変換器としてサーマ 作させて時刻をきぎんでいる。その時間接点は5×10-3%以上の精 ルコンバータを使用している。この原理は第8図のように測定電力 度を有する水晶発振器を基準としている。時刻ほ数表示管によりデ の電圧および電流で熱線を加熱し,電圧と スクiこ表示される。また定期印7を何分間隔に行なうかをあらかじ 流が加算的に作用する 10 435 フ の=ぎり歯状波 ㌧.-・\ 第11回(a)A【D交換器ブロック線図 第9図(a)リ ド ー リ レ コン/ルータアンプ(∋人力 l コンJルータ⑦入刀 l l 宣言 肌 L コンJループ②出口 コンげレープアンア(D入刀 第9図(b)ワイヤスプリソグリレー C ■、■、 l 】 l l l l l l l l l コンノルータ(か入力 l l 肌l l l l l l l l l l l 冴‡10図 め設定する部分と, l l l 口 ト 前程上㌢‖房筈「壬ブロック線図 コン/ルータ(D出乃 動時,標井の時刻に合わせるた捏)の部分とが ケL卜 デスクに設けらJtている。 クロック川レス 7.走 査 部 通過パルス 1,2秒ごとに開閉-す左接ぶにより,時.汁部と桓=羞なリレーカウ 第11図(b)A-D変換旨旨動作説明図 ンタを励rl三させて走査を進めるし,ただし牒測器からのアナログ人力 電圧を切り替えるには,リレーカウノタで駆動されるリードリレー この増幅器出力は次式のようになり, 接点を使い,接ノー、-、砥抗による誤差を防いでいる。走査部はアナログ 入力別替以外に,異常設完備の切替え,異常記憶販路の切 えも同 -1 ′ヽ・ 1十 時に行なっている。 〃1(1+〃2) 第9図はリードリレーとワイヤスプリングリレーを示している0 アナログ入力切替用以外のリレーは走査部,時計部,記憶部ともワ 各増幅器の利得が十分大であるときは(13)式は次のようになる。 イヤスプリングリレーを川いた、∴なおワイヤスプリングリレーは2 億円,リードリレーは1億回の寿命が巷る。 ー、・ e£一(1+意)(娩+ 誤 差 項 J\●、 8.前置増幅器(9) この式は定利得増幅器であることを 前置増幅雷は走査器からの微小アナログ電虻を増幅し,これを わし,入力電圧が忍′/風倍 われることを意味している。誤差項のうちgd2はチ A-D変換掛こ送出するもので,そのブロック線図ほ弟10図のとお されて出力に りで,この増幅器はチョッパアンプである。 ヨツパアンプが交流増幅器であるためほとんど0と考えられるから 11 436 昭和37年3月 第44巻 第3号 結局DCアンプ入力に加わるドリフト電圧が1/(1+〃2)に改善され ることを示している。したがって本装置で使用したこの前置増幅器 はドリフトが非常に少なく,8時間で0.1%以下である。 9.A・D 変 換 器(9)(10) 本装置のA-D変換器は計数形であって,前置増幅器出力電旺を受 け,入力電圧に比例したパルス例を計数するものである。 第12図 のこぎり齢状波発振器ブロック線図 第13図 異常比較部 弟】l図により本器の動作を説明すると次のようになる。 (a)のこぎり歯状波と0Vとの交点でパルスを出し,ゲートを ONさせる。次に(b)のこぎり歯状波とアナログ 圧との交′たで パルスを出し,ゲートをOFFさせると,(c)ゲートの開いてい る時間は入力電圧に比例することになるので,(d)ゲートを通過 するパルス数ほアナログ電圧に比例することになる。 このAL-D変換器の性能を左右する因子としてほ次の4項口が考 えられる。 (a)のこぎり歯状波の直線性 (b)コンパレ一夕の精度* (c)のこぎり歯状波のドリフト (d)コンパレ一夕のドリフト ブ ロ 線図 ック これらについては次に述べるような考慮が払われている。 (a)については前述の動作説明からもわかるようにA-D変換器 (g)プリンタが印字を終了したことを示す。 の精度に直接影響するので,本装置ではミラー積分器内部の利得を (h)異常発生チャネルを正常復帰するまで記憶する。 上げてこれを防いでいる。第12図のようなのこぎり歯状波発生国 (i)異常発生チャネルを異常印字終了まで記憶する。 路では直線性に対する誤差e(8)は次式のようになり,所要利得〝が (j)正常復帰チャネルを復焔印字終了まで記憶する。 得られる。 11.異常比較部 し'〟 異常値設定はデスクにある押ボタンスイッチボードまたはピソ. 2(1+〃) ボードにより各チャネルごとに10進3けたであらかじめセットして ただしfはのこぎり歯状波の最高に達するまでの時間 (b)についてはコン㌧バレータが おく。 を比較するのに電旺の幅があ 走査があるチャネルに達すると,そのチャネルに相当したリレー り,その範囲内ではどこでパルスを発生するかが不確実であるため が励磁され,比較部にその値を10進3けたで伝える。一方測定値は が生じる。これはコン㌧バレータの前に増幅器をつけることによ A-D変換器よf)10進3けたで伝達されてくるので,各けたごとに ってその幅が増幅器の利得分の1になるので,この方法によって誤 差を少なくしている。 リレー,マトリックスにより比 し,異常兼丑逐知ることができる (弟13図参照)。 (c)については本装掛こ使用している方式で完全に誤差を少なく 異常発生の†. てリーは指令部に伝達され処理される∪ することができる。前述の動作説明からもわかるように,のこぎり 歯状披ほコン㌧バレータ㊤とコンパレーク④に同‖寺に印加され,ドリ 12.表示 フトによって両方の出力パルスほ等い、時間だけ移動するので,結 報部 既述のように,時刻は数表管によりデスクに 局ゲイトが開いている時間は変化しないことになる。 示さカLる。また F 記の動作表示もデスク面上のランプにより子_はう。 (d)については(b)の項でも述べたようにコンパレ一夕の前には (a) 走査状態 (b)異常チャネル 増幅器カミ付加されているので,精度ほこの増幅器のドリフト,ハム (c) 電源入 (d)時刻調整完 r で左右される。この増幅器ほ前述の前置増幅器と同一のもので,ド (e) 作小 リフトは入力換算で100〃Ⅴ/8h以下である。 (g) 印1㍉巨 (h)定期印二f:中 (i) 手動印字L-1→ (j)異常発生 (k) 正常復帰 (1)プリンタ・リターン 10・指令部および記憶部 (f)監視中 本装置の頭脳ともいうべき部分で,リレーにより F記機能を果し ている。 (a) 】3.印字回路およびプリンタ 動の指令を発する。 印字回路ほ指令部よりの指令によりプリンタを動作させる役目を (b)定期印字の指令を発する。 行い,リレーを使用している。 (c)手動印字の指令を発する。 (a)異常発生は時刻およぴ (d)異常発生,正常復帰のとき指令を発する。 常発生チャネルを赤′ナ:印字。 (b)正常復帰は時刻を射‡:,正常復帰チャネルを黒字印′了:。 (e)プリンタに指令を発する。異常のときは赤印字の指令を発 (c)定期巨lけは異常チャネルのみ赤字印字,ほかは黒字印字。 する。 (d)測定値がフルスケールをオーバーした場合ほ (f)監視の指令を発する。 印を印字。 (e)手動印字は時刻および異常チャネルを赤字,正常チャネル *3・3項で述べた比較器と区別するためにコン㌧バレータとい 菓を使った。 を黒字印字とする。 プリンタの仕 12 は次のとおりである。 デ (a) 印守:速度1仁一辛:/秒 (b) El」字マグネット駆動人力 (c) キャリッジリターソ (d) 紙幅およぴ1行字数 言 15.結 48V,2271ユーA,301つ1S 以上データ処理装一躍の1叶容を.説明したが,本装置は最近1身内にお 60TnS いて実施されはじゼ),現在進歩発展の段隅にあるものであり,さら な装腔の完成に努力を続けている次第であ に研究を続け一段と確 る。なお現在はトランジスタ化した装置を製作中であるが,稿をあ したい。 らためて発 終りに臨み,種々ご臥ノブを賜ったR立製作所中央研究所,戸塚工 場,同小金井分室の関係者位,ならびに終始ご指導をいただいた口 立工場泉部長,判Il副部長,再課長,藤木主任に厚くお礼小しあげ 14.チェ る次第である。 ック方式 参 正・.耶けのチェックのために一チャネルに規準電圧を入れて印字 ギ1l_ri,平作,疎水:r させている。したがってこのチャネルは常に規準電圧せ印′ナするこ 老 =之評論別冊雛34-り・27伸35-2) M.H.Ar・OnSOn:1nstruments とになるが,もし動作にイ こぐあいが生ずるとこの規準値[lj字が変化 献 文 and ControISystems,32, 1841 することをこよりチェックすることができる。また警報も発する。 (3)ブローセス計測制御郎五節集套l 1会:プロセス計測制御政弘 (昭一35 日刊工業紆膵侶上) 井上,渡辺:生産と`竜気1(昭34-9) つぎに異常設定,警報がまちがいなく動作するかどうかをチェッ クするために,デスクに設けられたチェックキーにより外部電仕を 圧を調整することによりチェック 任意チャネルに切り替え,入力 T.M.Stout,S.M.Roberts=Iron and SteelEng・,101 (Mar.1960) することができる。本チェックは連続運転中に行なうことができる。 H.L.Bechard:PowerEng.,52(Jan.1960) The W.Keister,A.E.Ritchie,S-H・Washburn‥ かくして十分信頼できる測定値が得られる。 Design (a)誤動作のL'_i動チェック Circuits(1951) 野村,三浦:アナログ電子計算機(11丁子35コロナ祉) 三浦:機学誌d3,1342(lけて35--・10) on Note A,K.Susskind: Analog-DigitalConversion (b)ドリフトによる君主差の低減 Technique(1957,MITandJohnWiley) of 以上,其体例によりデータ処遇!装置の内容を説明Lたが,安定確 実な 転のため,本装置でほ次の点に慎重な考慮が払われている。 Switching (c)長ヌ≠命部品の使用 (d)保守,取り扱いの便 特 許 特許 の 紹 介 P′・ ・■ ‥・ ■-い山栄二郎 弟275380号 積 空 用 心 皿 を 設 け た 大形指歳機Ⅷそのはか人料【1二の鮎l■=パ県道輸送するにあたり,こ れらの駄\.■,を輪送するl抑 jが 車両根昇りごよび輪送恨卑小におさまら ぬものほ従来超人貨物扱として,輪送のつ度,t」州に膜里運転によ 戸「▲ り肘.i壬物な調杏し,障′Lし;物があるときは 一帖伴‖ここれを除ムしノて愉 愉送完r後′ノた車をl叫送する際,その車両が車 送を実施しているカ㍉ 第1図 l耶・=程および輸送限群を超文ている場合は,通常-,上り線と下り線 とはその条件が異なるため,あるいほ輸送時とITll送時との閏に相、■1 な柑抑H〃1三じたりするため,輸送時と同様に模型沌転凍布いその通 過が可能かわかを調査するか,またほ小いl=巨け椚Lて回送Lなけれ ほならないL 靖2図 この発吋=ま,かかる欠′-J⊥を除汗、たもので,台車1_仁に-‖用台わく 2を支持し,この中田 胎わく2⊥に積中川心皿4および空車川心皿 5を有する中体3を文持したものである。輸送時には第1図および 弟2図に示すように11間台わく2上に机中≠心血4を介して車体3 を支持し貨物輸送とし,回送時にほ第3囲および第4図に示すよう に空車川心皿5を介して車体3を支持し車両長さを短縮しまたは車 体下部を上方に上げて回送する。 第3図 したがって車体3は上がり,また偏筒ほ縮少し,空車回送時に模 型運転または車両分解を行うことなく回送できるものである。 二エコ 第4図 13